TWI638993B - 具有包括可重複使用之子結構的半導體裝置模型之度量衡系統 - Google Patents

具有包括可重複使用之子結構的半導體裝置模型之度量衡系統 Download PDF

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Abstract

本發明提出用於基於可重複使用之參數模型產生複雜裝置結構之量測模型的方法及工具。採用此等模型之度量衡系統經組態以量測與不同半導體製程相關聯的結構及材料特性。該可重複使用之參數子結構模型係藉由模型建置工具之一使用者輸入之一組獨立參數來完全定義。與模型形狀及構成之幾何結構元件中之內部約束條件相關聯的全部其他變量係在該模型內予以預定義。在一些實施例中，一或多個可重複使用之參數模型經整合至一複雜半導體裝置之一量測模型中。在另一態樣中，一模型建置工具基於來自一使用者之輸入產生一可重複使用之參數子結構模型。該等所得模型可匯出至可由其他使用者使用之一檔案，且可包括安全性特徵以控制與特定使用者共用敏感智慧財產。

Description

具有包括可重複使用之子結構的半導體裝置模型之度量衡系統 相關申請案交叉參考
本專利申請案依據35 U.S.C.§119規定主張2014年1月15日申請之標題為「Building Optical Metrology Models Based on Structure and Application Delineated Characteristics」之美國臨時專利申請案第61/927,832號之優先權，該案標的之全部內容以引用的方式併入本文中。
所描述實施例係關於度量衡系統及方法，且更特定言之係關於用於改良之量測精確度的方法及系統。
通常藉由施加至一樣品之一序列處理步驟來製造半導體裝置(諸如邏輯及記憶體裝置)。藉由此等處理步驟形成該等半導體裝置之各種特徵及多個結構層級。例如，除其他以外，微影亦為涉及在一半導體晶圓上產生一圖案之一半導體製程。半導體製程之額外實例包括(但不限於)：化學機械拋光、蝕刻、沈積及離子植入。可在一單一半導體晶圓上製造多個半導體裝置且接著將其等分離成個別半導體裝置。
在一半導體製程期間在各種步驟處使用光學度量衡程序以偵測晶圓上之缺陷以促進較高良率。光學度量衡技術在無樣本破壞之危險 的情況下提供高產量之可能性。許多以光學度量衡為基礎的技術(包括散射量測及反射量測實施方案以及相關聯分析演算法)係通常用於特徵化奈米級結構之臨界尺寸、膜厚度、組合物及其他參數。
當裝置(例如，邏輯及記憶體裝置)朝向較小奈米級尺寸移動時，特徵化變得更困難。併入有複雜三維幾何結構及具有不同物理性質之材料的裝置造成特徵化困難。
回應於此等挑戰，已開發更複雜光學工具。遍及大範圍之若干機器參數(例如，波長、方位角及入射角等)執行量測且常常同時執行量測。因此，量測時間、運算時間及產生包括量測方法之可靠結果之總體時間顯著增加。
此外，以現有模型為基礎的度量衡方法通常包括模型化且接著量測結構參數之一系列步驟。通常，自一特定度量衡目標收集量測資料(例如，DOE光譜)。光學系統、波散參數及幾何結構特徵之一精確模型經公式化。此外，執行模擬近似法(例如，分片、嚴格耦合波分析(RCWA)等)以避免引入過度大誤差。定義離散化及RCWA參數。執行一系列模擬、分析及迴歸以精細化幾何結構模型且判定哪些模型參數浮動。產生一合成光譜庫。最後，使用該庫或關於幾何結構模型之即時迴歸執行量測。
當前，由一量測模型化工具之一使用者從原始結構建置區塊來組裝經量測之裝置結構的模型。此等原始結構建置區塊係簡單的幾何結構形狀(例如，方形墩)，該等幾何結構形狀經組裝在一起以近似更複雜結構。該等原始結構建置區塊係由使用者基於使用者輸入來設定尺寸，該使用者輸入指定各原始結構建置區塊之形狀細節。在一項實例中，各原始結構建置區塊包括一整合式客製化控制面板，在該控制面板處一使用者輸入判定該等形狀細節之特定參數。類似地，藉由亦由使用者手動輸入之約束條件將原始結構建置區塊接合在一起。例 如，使用者輸入一約束條件，該約束條件將一個原始建置區塊之一頂點連結至另一建置區塊之一頂點。此容許使用者建置模型，在一個建置區塊之大小改變時該等模型表示一系列實際裝置幾何結構。介於原始結構建置區塊之間的使用者定義之約束條件實現廣泛模型化靈活性。例如，在多目標量測應用中不同原始結構建置區塊之厚度或高度可被約束至一單一參數。此外，原始結構建置區塊具有簡單的幾何結構參數化，使用者可將其約束至特定於應用之參數。例如，可將一抗蝕劑線之側壁角手動約束至表示一微影程序之焦點及劑量之參數。
儘管從原始結構建置區塊構造之模型提供廣泛範圍之模型化靈活性及使用者控制，然在模型化複雜裝置結構時模型建置程序變得非常複雜且易於產生誤差。一使用者需要將原始結構建置區塊精確地組裝在一起，確保其等受到正確約束且以一幾何結構一致方式參數化模型。完成此並非一簡單任務，且使用者花費大量時間以確保其等模型為正確的。在許多情況中，使用者並未意識到其等模型係不一致及不正確的，此係因為難以理解全部原始結構建置區塊如何改變形狀及在參數空間中的位置。明確言之，很難判定針對一給定組之參數值結構一致之模型針對另一組參數值是否仍結構一致。
圖1A描繪十二個不同的原始結構建置區塊11至22，其等經組裝在一起以形成在圖1B中所描繪之一光學臨界尺寸(OCD)模型10。各原始結構建置區塊之形狀為矩形的。為構造OCD模型10，一使用者必須手動定義該模型之所要尺寸、約束條件及獨立參數(例如，經受變動之參數)。基於原始結構建置區塊(亦即，基本形狀，諸如矩形)構造之模型通常需要較大數目個基元、約束條件及獨立參數，對於該等基元、約束條件及獨立參數，使用者必須定義變動範圍。此使得模型建置變得非常複雜且易於產生使用者誤差。
此外，模型複雜性使一使用者難以理解由另一使用者建置之模 型。該使用者需要能夠理解原始模型擁有者之意圖，且隨著原始結構建置區塊、約束條件及獨立參數之數目增加，此變得愈來愈具有挑戰性。因此，轉讓模型的所有權(例如，從應用工程師至程序工程師)係一耗時、艱難的過程。在許多情況中，模型之複雜性導致在同行中受挫，且在一些情況中，一直阻止該轉讓過程全部完成。在一些實例中，一使用者從原始結構建置區塊產生一新的模型，以模仿由一同行產生的一模型。在許多情況中，所得模型略微不同，且因此歸因於電腦上之浮點運算之非交換性質而提供略微不同的結果。在一些其他實例中，一使用者藉由使另一公司開發模型而交出智慧財產或拿智慧財產冒險。
光學度量衡結構在過去一直保持足夠簡單，使得通常針對各專案設計新模型。然而，由於每專案日益複雜之模型及更少的時間，期望改良之模型化方法及工具。
本發明提出用於基於可重複使用之參數模型產生複雜裝置結構之量測模型的方法及工具。採用此等模型之度量衡系統經組態以量測與不同半導體製程相關聯的結構及材料特性(例如，結構及膜之材料組合物、尺寸特性等)。
在一態樣中，一模型建置工具包括複雜裝置子結構之可重複使用之參數模型，該等可重複使用之參數模型可用作一複雜半導體裝置之一模型中的建置區塊。此使得模型建置程序更直觀且易於產生較少誤差。此外，因為針對特定結構及量測應用最佳化該等可重複使用之參數子結構模型，所以所得離散化之量測模型與傳統模型相比運算效率更高。此外，可在不同專案及不同使用者中保存及共用該等參數子結構模型。
在一進一步態樣中，可重複使用之參數子結構模型係藉由由模 型建置工具之使用者輸入之獨立參數之值來完全定義。與模型形狀及構成之幾何結構元件中之內部約束條件相關聯的全部其他變量係在該模型內予以預定義。因此，在獨立參數之該等值以外，不需要其他使用者輸入來完全定義可重複使用之參數子結構模型。此很大程度上簡化了模型建置程序。
在另一進一步態樣中，一模型建置工具將一或多個可重複使用之參數模型整合至一複雜半導體裝置之一量測模型中。在一些實施例中，藉由一個可重複使用之參數模型來充分描述一半導體裝置之一量測模型。在一些其他實施例中，藉由兩個或兩個以上可重複使用之參數模型之一組合來充分描述一半導體裝置之一量測模型。
在另一態樣中，一模型建置工具基於來自一使用者之輸入產生一可重複使用之參數子結構模型。在一些實施例中，一模型建置工具基於由一使用者指示之許多較簡單之幾何結構基元或較簡單之可重複使用之參數子結構模型之一組合物產生一可重複使用之參數子結構模型。該組合物將個別模型之集合改變成一單一可重複使用之參數子結構模型，該單一可重複使用之參數子結構模型可用作一量測模型之一元件，如同其係一原始建置區塊。
可以不同方式產生可重複使用之參數子結構模型。在一項實例中，一使用者引導模型建置工具藉由使用者產生之電腦程式碼組合及約束一或多個幾何結構基元、一或多個現有子結構模型或任何組合。在另一實例中，一可重複使用之參數子結構模型係基於更複雜的幾何結構，且因此係較少的更複雜幾何結構基元之一合併。在又另一實例中，一使用者可與一圖形使用者介面(GUI)互動，該GUI容許一使用者選擇一或多個幾何結構基元、一或多個現有子結構模型或任何組合，且接著指示將此等元件聚合在一起且選擇所要獨立參數的使用者期望。作為回應，該模型建置工具自動產生適當約束條件以實現一完 全整合之參數子結構模型。
在另一進一步態樣中，使用者可將一最新產生之參數子結構模型匯出至可由其他使用者使用之一檔案中。在另一實例中，一最新產生之參數子結構模型可在模型建置工具中作為一可用建置區塊而列出，該可用建置區塊可由一使用者選擇以構造一量測模型或又另一更複雜之參數子結構模型。
在另一進一步態樣中，模型建置工具產生複雜裝置子結構之可重複使用之參數模型且使其等可用，該等可重複使用之參數模型包括嵌入於其等設計中之特定半導體程序之關鍵特性。更明確言之，一可重複使用之參數子結構模型包括控制項，該等控制項容許使用者指定藉由一或多個處理步驟產生之晶圓製品。
在另一進一步態樣中，模型建置工具產生複雜裝置子結構之可重複使用之參數模型且使其等可用，該等可重複使用之參數模型包括量測應用特定細節(例如，從特定應用導出之約束條件、尺寸等)。
在又另一態樣中，模型建置工具包括安全性特徵以控制與特定使用者共用敏感智慧財產。
前述內容係一概述且因此必然含有細節之簡化、一般化及省略；因此，熟習此項技術者將明白該概述係僅具闡釋性且非以任何方式限制。在本文中所闡述之非限制性詳細描述中將明白本文中所描述之裝置及/或程序之其他態樣、發明特徵及優點。
10‧‧‧光學臨界尺寸(OCD)模型
11‧‧‧原始結構建置區塊/幾何結構基元
12‧‧‧原始結構建置區塊/元件/側件
13‧‧‧原始結構建置區塊/元件/側件
14‧‧‧原始結構建置區塊/元件/側件
15‧‧‧原始結構建置區塊/元件/側件
16‧‧‧原始結構建置區塊/元件/側件
17‧‧‧原始結構建置區塊/元件/側件
18‧‧‧原始結構建置區塊/元件
19‧‧‧原始結構建置區塊/元件
20‧‧‧原始結構建置區塊/元件
21‧‧‧原始結構建置區塊/幾何結構基元
22‧‧‧原始結構建置區塊/幾何結構基元
100‧‧‧系統/度量衡系統/量測系統
101‧‧‧光譜橢圓偏光計/橢圓偏光計
102‧‧‧照明器/照明器子系統
103‧‧‧使用者輸入源
104‧‧‧光譜儀
106‧‧‧經偏光照明光束
107‧‧‧偏光狀態產生器
108‧‧‧集光光束
109‧‧‧偏光狀態檢偏鏡
110‧‧‧晶圓定位系統
111‧‧‧光譜/量測資料
112‧‧‧半導體晶圓/晶圓/樣品
113‧‧‧使用者輸入
114‧‧‧結構/目標結構
115‧‧‧可重複使用之參數子結構模型
116‧‧‧運算系統/電腦系統
118‧‧‧載體媒體
120‧‧‧程式指令
130‧‧‧模型建置工具
200‧‧‧可重複使用之參數子結構模型/模型
205‧‧‧量測模型
210‧‧‧可重複使用之參數子結構模型/模型
221‧‧‧基板
222‧‧‧膜層
223‧‧‧材料
224‧‧‧材料
225‧‧‧材料
230‧‧‧可重複使用之參數子結構模型
231‧‧‧可重複使用之參數子結構模型/模型
232‧‧‧可重複使用之參數子結構模型/模型
233‧‧‧完全整合之參數子結構模型
H‧‧‧溝渠之深度
T‧‧‧厚度
T1‧‧‧各層之厚度
T2‧‧‧各層之厚度
T3‧‧‧各層之厚度
Tp‧‧‧高度
W‧‧‧溝渠之寬度/寬度
圖1A係闡釋十二個不同的原始結構建置區塊11至22之一圖式，該等原始結構建置區塊11至22經組裝在一起以形成在圖1B中描繪之一光學臨界尺寸(OCD)模型10。
圖1B係闡釋一光學臨界尺寸(OCD)模型10之一圖式。
圖2係闡釋用於量測一半導體晶圓之特性之一系統100的一圖 式。
圖3係闡釋一可重複使用之參數子結構模型200之一圖式，該可重複使用之參數子結構模型200表示一溝渠結構之三個保形層。
圖4係闡釋用以形成在圖5中描繪之量測模型之幾何結構基元與一可重複使用之參數子結構模型之一組合的一圖式。
圖5係闡釋由圖4中所描繪之幾何結構基元與一可重複使用之參數子結構模型之該組合形成之一量測模型的一圖式。
圖6係闡釋在另一實施例中之一可重複使用之參數子結構模型210之一圖式，該可重複使用之參數子結構模型210表示一溝渠結構之三個保形層。
圖7A至圖7D描繪經採用以產生一半導體裝置結構之四個基本製程步驟。
圖8描繪一堆疊裝置結構之一可重複使用之參數子結構模型230。
圖9描繪兩個不同的可重複使用之參數子結構模型231及232，其等藉由如本文中所描述之一模型建置工具組合成一完全整合之參數子結構模型233。
現將詳細參考本發明之背景實例及一些實施例，其等之實例係繪示於附圖中。
本發明提出用於基於可重複使用之參數模型產生複雜裝置結構之量測模型的方法及工具。採用此等模型之度量衡系統經組態以量測與不同半導體製程相關聯的結構及材料特性(例如，結構及膜之材料組合物、尺寸特性等)。
圖2繪示用於量測一半導體晶圓之特性之一系統100。如圖2中所展示，該系統100可用於執行安置於一晶圓定位系統110上之一半導體 晶圓112的一或多個結構114之光譜橢圓偏光量測。在此態樣中，系統100可包括配備有一照明器102及一光譜儀104之一光譜橢圓偏光計。系統100之該照明器102經組態以產生一選定波長範圍(例如，150nm至1700nm)之照明並將其引導至安置於半導體晶圓112之表面上的結構114。繼而，光譜儀104經組態以自半導體晶圓112之表面接收光。應進一步注意，自照明器102射出之光係使用一偏光狀態產生器107偏光以產生一經偏光照明光束106。藉由安置於晶圓112上之結構114反射之輻射通過一偏光狀態檢偏鏡109且至光譜儀104。藉由該光譜儀104接收之在集光光束108中之輻射係相關於偏光狀態予以分析，容許經過檢偏鏡之輻射之光譜分析。此等光譜111經傳遞至運算系統116以用於分析結構114。
在一進一步實施例中，度量衡系統100係一量測系統100，該量測系統100包括經組態以根據本文中所提供之描述執行模型建置工具130之一或多個運算系統116。在較佳實施例中，模型建置工具130係儲存於一載體媒體118上之一組程式指令120。藉由運算系統116讀取及執行儲存於該載體媒體118上之該等程式指令120以實現如本文中所描述之模型建置功能性。該一或多個運算系統116可通信地耦合至光譜儀104。在一態樣中，該一或多個運算系統116經組態以接收與樣品112之結構114之一量測(例如，臨界尺寸、膜厚度、組合物、程序等)相關聯的量測資料111。在一實例中，量測資料111包括藉由量測系統100基於來自光譜儀104之一或多個取樣程序對於樣品之經量測光譜回應之一指示。在一些實施例中，該一或多個運算系統116進一步經組態以從量測資料111判定結構114之樣品參數值。在一項實例中，該一或多個運算系統116經組態以採用即時臨界尺寸標注(RTCD)即時存取模型參數，或可存取預運算之模型庫以用於判定與目標結構114相關聯之至少一樣品參數值之一值。
此外，在一些實施例中，一或多個運算系統116進一步經組態以從一使用者輸入源103(諸如一圖形使用者介面、鍵盤等)接收使用者輸入113。該一或多個電腦系統進一步經組態以如本文中所描述般組態可重複使用之參數子結構模型。
在一些實施例中，量測系統100進一步經組態以將一或多個可重複使用之參數子結構模型115儲存於一記憶體(例如，載體媒體118)中。
應認識到，可藉由一單電腦系統116或替代性地一多電腦系統116進行貫穿本發明所描述之各種步驟。此外，系統100之不同子系統(諸如光譜橢圓偏光計101)可包括適用於進行本文中所描述之該等步驟之至少一部分之一電腦系統。因此，前面描述不應解釋為對本發明之一限制但僅為一圖解說明。此外，一或多個運算系統116可經組態以執行本文中所描述之方法實施例之任一者之(若干)任何其他步驟。
運算系統116可包括(但不限於)：一個人電腦系統、大型電腦系統、工作站、影像電腦、平行處理器或此項技術中已知之任何其他裝置。一般而言，術語「運算系統」可廣泛定義為涵蓋具有一或多個處理器之任何裝置，該等處理器執行來自一記憶體媒體之指令。一般而言，運算系統116可與諸如量測系統100之一量測系統整合，或替代性地可與任何量測系統分離。在此意義上，運算系統116可經遠端定位且分別從任何量測源及使用者輸入源接收量測資料及使用者輸入113。
實施方法之程式指令120(諸如本文中所描述之該等程式指令)可經由載體媒體118傳輸或儲存於該載體媒體118上。該載體媒體可為一傳輸媒體，諸如一導線、纜線或無線傳輸鏈路。該載體媒體亦可包括一電腦可讀媒體，諸如一唯讀記憶體、一隨機存取記憶體、一磁碟或光學磁碟或一磁帶。
此外，電腦系統116可以此項技術中已知之任何方式可通信地耦合至橢圓偏光計101之光譜儀104或照明器子系統102，或使用者輸入源103。
運算系統116可經組態以藉由可包括有線或無線部分之一傳輸媒體自使用者輸入源103及該系統之子系統(例如，光譜儀104、照明器102及類似者)接收及/或獲取資料或資訊。以此方式，該傳輸媒體可用作電腦系統116、使用者輸入源103與系統100之其他子系統之間之一資料鏈路。此外，運算系統116可經組態以經由一儲存媒體(亦即，記憶體)接收量測資料。例如，使用橢圓偏光計101之一光譜儀獲得之光譜結果可儲存於一永久或半永久記憶體裝置(未展示)中。就此點而言，該等光譜結果可自一外部系統匯入。此外，電腦系統116可經由一傳輸媒體將資料發送至外部系統。
可如本文中所描述般進一步組態圖2中所繪示之系統100之實施例。此外，系統100可經組態以執行本文中所描述之該(該等)方法實施例之任一者之(若干)任何其他方塊。
用於臨界尺寸(CD)、薄膜厚度、光學性質及組合物、疊對、微影焦點/劑量等之光學度量衡通常需要待量測之下伏結構之一幾何結構模型。此量測模型包括該結構之實體尺寸、材料性質及參數化。
在一項態樣中，一模型建置工具包括複雜裝置子結構之可重複使用之參數模型，該等可重複使用之參數模型可用作一複雜半導體裝置之一模型中的建置區塊。此使得模型建置程序更直觀且易於產生較少誤差。此外，因為針對特定結構及量測應用最佳化該等可重複使用之參數子結構模型，所以所得離散化之量測模型與傳統模型相比運算效率更高。此外，可保存並在不同專案及不同使用者中共用該等參數子結構模型。
在一進一步態樣中，可重複使用之參數子結構模型係藉由由模 型建置工具之使用者輸入之獨立參數之值來完全定義。與模型形狀及構成之幾何結構元件中之內部約束條件相關聯的全部其他變量係在該模型內予以預定義。因此，在獨立參數之該等值以外，不需要其他使用者輸入來完全定義可重複使用之參數子結構模型。此很大程度上簡化了模型建置程序。
在一些實施例中，可重複使用之參數子結構模型係特定結構的。圖3描繪一可重複使用之參數子結構模型200，其表示一溝渠結構之三個保形層。如圖3中所描繪，定義該模型之形狀之獨立參數係各層之厚度T1、T2及T3、該溝渠之寬度W及該溝渠之深度H。視情況，與該等層之各者相關聯之材料參數可定義為可由一使用者定義之獨立變量。
模型建置工具之一使用者僅需要輸入此五個參數之值以完全定義此可重複使用之參數子結構模型200之幾何結構。與模型形狀及內部約束條件相關聯的全部其他變量係在該模型內予以預定義，且不需要進一步輸入來完全定義模型200之形狀。
相比而言，圖1A中所描繪之結構模型要求九個不同原始元件(元件12至20)及其等相互關係(例如，該等元件之各者中的約束條件)之定義以模型化具有三個保形層之一類似溝渠結構。使用者需要手動定義、組合、約束及參數化此九個元件。例如，使用者將必須約束元件12、13及14之各者之右側以分別與元件20、19及18之左側對準。類似地，使用者將必須約束元件15、16及17之各者之左側以分別與元件18、19及20之右側對準。此外，使用者將必須約束元件18、19及20之各者之高度以分別等於側件14及15、13及16以及12及17之寬度。此等約束實例係必須由使用者建立以完全定義具有三個保形層之一簡單溝渠結構的一甚至更大組之約束條件之僅一子組。因此，不難想像與僅使用簡單幾何結構基元定義一複雜裝置結構之一模型相關聯的難度。 如圖3中所描繪，僅藉由五個獨立參數完全定義之一單一可重複使用之參數子結構模型200取代包括九個幾何結構基元及幾十個約束條件以及形狀參數值的一模型。
在另一進一步態樣中，一模型建置工具將一或多個可重複使用之參數模型整合至一複雜半導體裝置之一量測模型中。如圖4中所描繪，一模型建置工具從一使用者接收輸入以將幾何結構基元11、21及22與可重複使用之參數子結構模型200組合以形成在圖5中描繪之一量測模型205。在一些其他實施例中，藉由一個可重複使用之參數模型來充分描述一半導體裝置之一量測模型。在一些其他實施例中，藉由兩個或兩個以上可重複使用之參數模型之一組合來充分描述一半導體裝置之一量測模型。
在另一態樣中，一模型建置工具基於來自一使用者之輸入產生一可重複使用之參數子結構模型。
在一些實施例中，一模型建置工具基於由一使用者指示之許多較簡單之幾何結構基元或較簡單之可重複使用之參數子結構模型之一組合物產生一可重複使用之參數子結構模型。該組合物將個別模型之集合改變成一單一可重複使用之參數子結構模型，該單一可重複使用之參數子結構模型可用作一量測模型之一元件，如同其係一原始建置區塊。
如圖3中所描繪，將九個幾何結構基元(例如，矩形形狀)完全整合至一子結構模型中，該子結構模型係藉由五個獨立參數來完全定義。模型建置工具保存該子結構模型以供稍後使用。在內部，該子結構模型包括完全整合該九個幾何結構基元所需之約束條件。此等約束條件經保存為該子結構模型之部分且在該子結構模型之每個例項處予以實施。以此方式，使用者可產生通常使用之複雜形狀與預定義約束條件之一集合。可將該子結構模型卸載及保存至檔案中，重新載入至 一專案中並使用，且在使用者中共用。
藉由模型建置工具產生之可重複使用之參數子結構模型使一使用者或使用者群組能夠產生可重複使用之一子結構庫。使用相同子結構模型之不同例項的不同使用者可預期達成相同數值結果。
可以不同方式產生可重複使用之參數子結構模型。在一項實例中，一使用者引導模型建置工具藉由使用者產生之電腦程式碼組合及約束一或多個幾何結構基元、一或多個現有子結構模型或任何組合。圖6描繪基於使用者產生之電腦程式碼組裝之一可重複使用之參數子結構模型210，該可重複使用之參數子結構模型210係藉由其獨立參數T1、T2、T3、W及H以類似於圖3中所描繪之模型200之一方式予以定義。然而，可重複使用之參數子結構模型210係基於更複雜之幾何結構(U形)，且因此係較少的更複雜幾何結構基元之一合併。因此，模型210包括少於模型200之頂點。此導致一較平滑模型離散化，其歸因於降低數目之離散化點而產生一運算效率更高的量測模型。一般而言，含有較少幾何結構建置區塊及較少約束條件的模型導致一更快離散化，此係因為離散化引擎不再需要剖析如此多的幾何結構建置區塊及約束條件。在一些實施例中，一第一可重複使用之參數模型之離散化點係在下伏運算系統之一浮點精度內與一第二可重複使用之參數模型之離散化點對準，以確保來自經組合模型之可重複的運算結果。
在一些其他實例中，一使用者可與一圖形使用者介面(GUI)互動，該GUI容許一使用者選擇一或多個幾何結構基元、一或多個現有子結構模型或任何組合，且接著指示將此等元件聚合在一起且選擇所要獨立參數的使用者期望。作為回應，模型建置工具自動產生適當約束條件以實現一完全整合之參數子結構模型。接著，使用者可將最新產生之參數子結構模型匯出至可由其他使用者使用之一檔案中。在另一實例中，該最新產生之參數子結構模型可在模型建置工具中作為一 可用建置區塊而列出，該可用建置區塊可由一使用者選擇以構造一量測模型或又另一更複雜之參數子結構模型。可重複使用之參數子結構模型容許多個使用者以協作方式作用於一複雜模型之不同部分且在最後階段將其等組裝在一起。
圖9描繪兩個不同的可重複使用之參數子結構模型231及232。在一實例中，一使用者可與一圖形使用者介面(GUI)互動，該GUI容許該使用者選擇模型231及232，且指定將此等元件聚合在一起的期望，其中模型231定位於模型232之頂部上。作為回應，該模型建置工具自動產生適當約束條件以實現完全整合之參數子結構模型233。接著，使用者可將最新產生之參數子結構模型匯出至可由其他使用者使用之一檔案中。
藉由組合兩個或兩個以上可重複使用之參數子結構模型而非幾何結構基元來顯著減少需要用於組裝一複雜裝置模型之組件數目。此外，亦顯著減少必須由使用者指定之在該等組件間之關係數目。此簡化起始模型建置程序，使得易於產生較少誤差，且使得更容易在不同使用者之間傳遞模型。
在另一進一步態樣中，模型建置工具產生複雜裝置子結構之可重複使用之參數模型且使其等可用，該等可重複使用之參數模型包括嵌入於其等設計中之特定半導體程序之關鍵特性。更明確言之，一可重複使用之參數子結構模型包括控制項，該等控制項容許使用者指定藉由一或多個處理步驟產生之晶圓製品。
圖7A至圖7D描繪用以產生圖7D中描繪之結構之四個基本製程步驟。首先，如圖7A中所描繪，在一基板221上沈積具有厚度T之一膜222。接著，如圖7B中所描繪，將具有寬度W之一溝渠蝕刻至該膜層222中。接著，如圖7C中所描繪，將材料223、224及225保形沈積於該膜及該溝渠上方。最後，如圖7D中所描繪，使該結構平坦化至一 高度Tp。
在一實施例中，一可重複使用之參數模型表示全部四個此等步驟。此外，使用者能夠選擇採用哪一處理步驟來進行模型化。例如，若一使用者希望首先模型化溝渠蝕刻處理步驟，則該使用者控制可重複使用之參數模型以包括產生該溝渠蝕刻所需要之程序(亦即，膜沈積及溝渠蝕刻步驟)。使用者將定義膜沈積步驟中所使用之材料，定義經沈積膜之厚度及定義溝渠之尺寸。若使用者希望模型化平坦化步驟，則該使用者以先前定義之溝渠蝕刻模型開始，且接著控制可重複使用之參數模型以包括產生經平坦化結構所需要之程序(亦即，保形沈積及平坦化步驟)。使用者將定義保形沈積之次數，且針對各沈積之材料/厚度定義平坦化之深度。以此方式，使用者能夠個別控制藉由可重複使用之參數模型表示之處理步驟之各者。因此，可利用一單一模型以量測多個處理步驟。
在一些微影焦點/劑量應用中，將堆疊裝置結構之抗蝕劑線模型化為依以下方式約束之堆疊梯形：1)將相鄰梯形之頂部臨界尺寸(TCD)及底部臨界尺寸(BCD)約束為相等；2)將個別梯形之高度約束為相等；3)將個別臨界尺寸約束為依據使用者定義之焦點及劑量參數而變化；及4)將個別梯形之高度約束為依據前述焦點及劑量參數而變化。傳統上，全部此等約束條件需要由使用者設定。
在另一進一步態樣中，模型建置工具產生複雜裝置子結構之可重複使用之參數模型且使其等可用，該等可重複使用之參數模型包括量測應用特定細節(例如，從特定應用導出之約束條件、尺寸等)。
圖8描繪一堆疊裝置結構之一可重複使用之參數子結構模型230。在此實例中，模型建置工具讀取一檔案，該檔案含有個別CD及高度之方程式。此檔案通常係藉由一微影模擬器產生，該微影模擬器諸如可自(美國)加利福尼亞州苗必達市(Milpitas,California)KLA- Tencor公司購得之PROLITH軟體。基於此應用資訊，模型建置工具自動設定可重複使用之參數子結構模型230之參數化及約束條件。
在另一實例中，亦可採用模型建置工具產生描述在一些光學度量衡應用中所使用之場增強元件之可重複使用之參數子結構模型。場增強元件係在讓與KLA-Tencor公司的美國專利第8,879,073號中進一步詳細描述，該案標的物之全部內容以引用的方式併入本文中。可採用模型建置工具以針對各類型之場增強元件及不同應用產生可重複使用之參數子結構模型。
在又另一實例中，亦可採用模型建置工具以產生描述度量衡目標之可重複使用之參數子結構模型，該等度量衡目標係藉由度量衡目標設計或疊對設計軟體產生。在一項實例中，模型建置工具接收藉由一軟體模擬器產生之圖形資料庫系統(GDS)資料，且自動產生預測間隔件間距劃分形態之可重複使用之參數子結構模型。
在又另一態樣中，模型建置工具包括安全性特徵以控制與特定使用者共用敏感智慧財產。例如，可期望一實體與另一實體共用一量測模型，但並不共用該量測模型之包括敏感智慧財產之特定態樣。在一些實例中，模型建置工具容許一使用者隱藏一或多個可重複使用之參數子結構模型之全部或部分使其等不被顯示以容許與其他實體共用該等模型。在一些實例中，模型建置工具容許一使用者省略一或多個可重複使用之參數子結構模型之全部或部分以防止與另一實體共用此等敏感元件。在一些其他實例中，模型建置工具容許一使用者包括密碼保護以控制對一或多個可重複使用之參數子結構模型之全部或部分的存取，以將敏感元件之共用限於經授權實體。以此方式，可由使用者保密體現於該等可重複使用之參數子結構模型之特定特徵中的敏感智慧財產。
儘管參考系統100闡釋本文中所論述之方法，然可採用經組態以 照明及偵測從一樣品反射、透射或繞射之光之任何光學度量衡系統，以實施本文中所描述之例示性方法。例示性系統包括一角解析反射計、一散射計、一反射計、一橢圓偏光計、一光譜反射計或橢圓偏光計、一光束分佈反射計、一多波長二維光束分佈反射計、一多波長二維光束分佈橢圓偏光計、一旋轉補償器光譜橢圓偏光計等。藉由非限制性實例，一橢圓偏光計可包括一單一旋轉補償器、多個旋轉補償器、一旋轉偏光器、一旋轉檢偏鏡、一調變元件、多個調變元件或無調變元件。
應注意，可依使得一源及/或目標量測系統使用一個以上技術之一方式組態來自該量測系統之輸出。實際上，一應用程式可經組態以採用在一單一工具內或跨許多不同工具之可用度量衡子系統之任何組合。
亦可以許多不同方式組態實施本文中所描述之方法之一系統。例如，可採用一廣泛範圍之波長(包括可見光、紫外線、紅外線及X射線)、入射角、偏光狀態及相干性狀態。在另一實例中，該系統可包括許多不同光源(例如，一直接耦合之光源、一雷射維持電漿光源等)之任一者。在另一實例中，該系統可包括用以調節經引導至樣品或從樣品收集之光之元件(例如，切趾器、濾光器等)。
如本文中所描述，術語「臨界尺寸」包括一結構之任何臨界尺寸(例如，底部臨界尺寸、中間臨界尺寸、頂部臨界尺寸、側壁角、光柵高度等)、兩個或兩個以上結構之一臨界尺寸(例如，兩個結構之間之距離)、兩個或兩個以上結構之間之一位移(例如，疊對光柵結構之間的疊對位移等)及用於結構或部分結構中的一材料之一波散性質值。結構可包括三維結構、圖案化結構、疊對結構等。
如本文中所描述，術語「臨界尺寸應用」或「臨界尺寸量測應用」包括任何臨界尺寸量測。
如本文中所描述，術語「度量衡系統」包括經採用以至少部分特徵化任何態樣中之一樣品之任何系統。然而，此等技術術語並不限制如本文中所描述之術語「度量衡系統」之範疇。此外，度量衡系統100可經組態以用於量測圖案化晶圓及/或未圖案化晶圓。該度量衡系統可經組態為一LED檢測工具、邊緣檢測工具、背側檢測工具、巨觀檢測工具或多模式檢測工具(同時涉及來自一或多個平台之資料)及從基於臨界尺寸資料之系統參數之校準獲益之任何其他度量衡或檢測工具。
本文中描述可用於處理一樣品之一半導體處理系統(例如，一檢測系統或一微影系統)之各項實施例。本文中使用術語「樣品」以指代在可藉由此項技術中已知之方法處理(例如，針對缺陷而經印刷或檢測)之一晶圓、一光罩或任何其他樣本上之一(或若干)位點。在一些實例中，該樣品包括具有一或多個量測目標之一單一位點，該一或多個量測目標之同時、組合量測經處理為一單一樣品量測或參考量測。在一些其他實例中，該樣品係一位點彙總，其中與該經彙總量測位點相關聯之量測資料係與該多個位點之各者相關聯的資料之一統計彙總。此外，此多個位點之各者可包括與一樣品或參考量測相關聯的一或多個量測目標。
如本文中所使用，術語「晶圓」大體上係指由一半導體或非半導體材料形成之基板。實例包括(但不限於)：單晶矽、砷化鎵及磷化銦。此等基板可通常在半導體製造設施中找到及/或處理。在一些情況中，一晶圓可僅包括基板(亦即，裸晶圓)。替代性地，一晶圓可包括形成於一基板上之不同材料之一或多個層。形成於一晶圓上之一或多個層可為「圖案化」或「非圖案化」。例如，一晶圓可包括具有可重複圖案特徵之複數個晶粒。
一「光罩」可為在一光罩製程之任何階段之一光罩或可或不可 經釋放以用在一半導體製造設施中之一經完成之光罩。一光罩或一「遮罩」通常定義為具有形成於其上且經組態成一圖案之實質上不透明之區域之一實質上透明基板。該基板可包括(例如)一玻璃材料(諸如非晶SiO2)。一光罩可在一微影程序之一曝光步驟期間安置於一抗蝕劑覆蓋之晶圓上方使得可將該光罩上之圖案轉印至該抗蝕劑。
形成於一晶圓上之一或多個層可為圖案化或非圖案化。例如，一晶圓可包括各具有可重複圖案特徵之複數個晶粒。此等材料層之形成及處理可最終導致經完成裝置。許多不同類型之裝置可形成於一晶圓上，且如本文中所使用之術語晶圓意欲涵蓋其上製造有此項技術中已知之任何類型之裝置的一晶圓。
在一或多項例示性實施例中，可在硬體、軟體、韌體或其等之任何組合中實施所描述之功能。若實施於軟體中，則該等功能可作為一或多個指令或程式碼儲存於一電腦可讀媒體上或經由一電腦可讀媒體傳輸。電腦可讀媒體包括電腦儲存媒體及通信媒體(該等通信媒體包括促進一電腦程式自一地方傳遞至另一地方之任何媒體)兩者。一儲存媒體可為可藉由一通用或專用電腦存取之任何可用媒體。藉由實例且非限制方式，此等電腦可讀媒體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其他光學磁碟儲存器、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置或可用於以指令或資料結構之形式攜載或儲存所要程式碼構件且可藉由一通用或專用電腦或一通用或專用處理器存取之任何其他媒體。又，將任何連接適當地稱為一電腦可讀媒體。例如，若使用一同軸纜線、光纖纜線、雙絞線、數位用戶線(DSL)或無線技術(諸如紅外線、無線電及微波)自一網站、伺服器或其他遠端源傳輸該軟體，則該等同軸纜線、光纖纜線、雙絞線、DSL或無線技術(諸如紅外線、無線電及微波)係包括在媒體之定義中。如本文中所使用之磁碟及光碟包括光碟(CD)、雷射光碟、光學光碟、數位多功能光碟 (DVD)、軟磁碟及藍光光碟(其中磁碟通常以磁性方式重現資料，而光碟使用雷射以光學方式重現資料)。以上之組合亦應包括在電腦可讀媒體之範疇內。
儘管上文為指示目的而描述某些特定實施例，然本專利文件之教示具有一般適用性且並不限於上文所描述之該等特定實施例。因此，可在不脫離如申請專利範圍中所闡述之本發明之範疇之情況下實踐所描述之實施例之各種特徵的各種修改、調適及組合。

Claims (20)

  1. 一種度量衡系統，其包含：一照明源，其經組態以提供一照明光量至一或多個度量衡目標；一偵測器，其經組態以回應於該照明光量從該一或多個度量衡目標接收一經收集光量；一或多個電腦系統，其經組態以：接收與該經偵測光相關聯之一量測資料量；及基於該一或多個度量衡目標之一量測模型至該量測資料量之一擬合判定該量測模型的一或多個參數，其中該量測模型包括該一或多個度量衡目標之一第一子結構之一第一可重複使用之參數模型；及一度量衡模型建置工具，其包含儲存於一非暫時性電腦可讀媒體上之電腦可讀指令，該等電腦可讀指令包含：用於使該一或多個電腦系統接收由一第一使用者對於該第一可重複使用之參數模型之一選擇的一指示以描述該一或多個度量衡目標之至少一部分的程式碼，其中該第一可重複使用之參數模型包括多個幾何結構元件且係藉由一第一組獨立參數值來完全定義；及用於使該一或多個電腦系統接收對於該第一組獨立參數值之一選擇之一指示的程式碼。
  2. 如請求項1之度量衡系統，其中該一或多個度量衡目標之該量測模型係藉由該第一可重複使用之參數模型來完全定義。
  3. 如請求項1之度量衡系統，該等電腦可讀指令進一步包含：用於使該一或多個電腦系統接收由該第一使用者對於一第二 可重複使用之參數模型之一選擇的一指示以描述該一或多個度量衡目標之一第二子結構的程式碼，其中該第二可重複使用之參數模型包括多個幾何結構元件且係藉由一第二組獨立參數值來完全定義；用於使該一或多個電腦系統接收對於該第二組獨立參數值之一選擇之一指示的程式碼；用於使該一或多個電腦系統至少部分基於該等第一及第二可重複使用之參數模型之一組合來判定該一或多個度量衡目標之一第一量測模型的程式碼；及用於使該一或多個電腦系統將該第一量測模型儲存於一記憶體中的程式碼。
  4. 如請求項1之度量衡系統，其中由該第一使用者完成對於定義該第一可重複使用之參數模型之該第一組獨立參數值的該選擇。
  5. 如請求項1之度量衡系統，該等電腦可讀指令進一步包含：用於使該一或多個電腦系統接收藉由一程序模擬工具產生之一輸出檔案的程式碼；及用於使該一或多個電腦系統從該輸出檔案判定該第一組獨立參數值的程式碼。
  6. 如請求項3之度量衡系統，其中該第一子結構之該第一可重複使用之參數模型之複數個離散化點係在該一或多個電腦系統之一浮點精度內與該第二子結構之該第二可重複使用之參數模型之複數個離散化點對準。
  7. 如請求項1之度量衡系統，該等電腦可讀指令進一步包含：用於使該一或多個電腦系統接收由一第二使用者對於該第一可重複使用之參數模型之一選擇的一指示以描述一第二半導體裝置之一第一子結構的程式碼； 用於使該一或多個電腦系統接收由該第二使用者對於一第三可重複使用之參數模型之一選擇的一指示以描述該第二半導體裝置之一第二子結構的程式碼，其中該第三可重複使用之參數模型係藉由一第三組獨立參數值來完全定義；用於使該一或多個電腦系統至少部分基於該等第一及第三可重複使用之參數模型之一組合來判定一第二量測模型的程式碼；及用於使該一或多個電腦系統將該第二量測模型儲存於一記憶體中的程式碼。
  8. 如請求項1之度量衡系統，該等電腦可讀指令進一步包含：用於使該一或多個電腦系統接收對於該一或多個度量衡目標之該第一量測模型之一選擇之一指示的程式碼；用於使該一或多個電腦系統接收對於一第三可重複使用之參數模型之一選擇之一指示的程式碼，其中該第三可重複使用之參數模型係藉由一第三組獨立參數值來完全定義；用於使該一或多個電腦系統至少部分基於該第一量測模型及該第三可重複使用之參數模型之一組合來判定一第二量測模型的程式碼；及用於使該一或多個電腦系統將該第二量測模型儲存於一記憶體中的程式碼。
  9. 如請求項1之度量衡系統，該等電腦可讀指令進一步包含：用於使該一或多個電腦系統隱藏該一或多個度量衡目標之一子結構之一部分使該部分不向該第一使用者顯示的程式碼。
  10. 如請求項1之度量衡系統，其中該一或多個度量衡目標之至少一部分之該第一可重複使用之參數模型包括特定於一特定量測應用之幾何結構特徵及幾何結構特徵中的相互關係。
  11. 一種度量衡系統，其包含：一照明源，其經組態以提供一照明光量至一或多個度量衡目標；一偵測器，其經組態以回應於該照明光量從該一或多個度量衡目標接收一經收集光量；一或多個電腦系統，其經組態以：接收與該經偵測光相關聯之一量測資料量；及基於該一或多個度量衡目標之一量測模型至該量測資料量之一擬合判定該量測模型的一或多個參數，其中該量測模型包括該一或多個度量衡目標之至少一部分之一第一可重複使用之參數模型；及一度量衡模型建置工具，其包含儲存於一非暫時性電腦可讀媒體上之電腦可讀指令，該等電腦可讀指令包含：用於使一電腦接收由一使用者對於複數個原始幾何結構模型化元件之一選擇之一指示的程式碼；用於使該電腦從該使用者接收一指示的程式碼，該指示指出該複數個原始幾何結構模型化元件之各者相對於其他原始幾何結構模型化元件之一所要位置；用於使該電腦從該使用者接收一指示的程式碼，該指示指出該複數個原始幾何結構模型化元件之一所要參數化；用於使該電腦基於該複數個原始幾何結構元件之一組合來判定該第一可重複使用之參數模型的程式碼，其中該第一可重複使用之參數模型係藉由與該所要參數化相關聯的一第一組獨立參數值來完全定義；及用於使該電腦將該第一可重複使用之參數模型儲存於一記憶體中的程式碼。
  12. 如請求項11之度量衡系統，其中該第一可重複使用之參數模型之該判定涉及產生一組約束關係，該組約束關係將該複數個原始幾何結構模型化元件完全整合至藉由該組獨立參數完全定義之該可重複使用之參數模型中。
  13. 如請求項11之度量衡系統，該等電腦可讀指令進一步包含：用於使該電腦接收由該使用者對於該第一可重複使用之參數模型之一選擇之一指示的程式碼；用於使該電腦接收由該使用者對於該一或多個度量衡目標之另一部分之一第二可重複使用之參數模型的一選擇之一指示的程式碼，其中該第二可重複使用之參數模型包括多個幾何結構元件且係藉由一第二組獨立參數值來完全定義；用於使該電腦至少部分基於該等第一及第二可重複使用之參數模型之一組合來判定該一或多個度量衡目標之一量測模型的程式碼；及用於使該電腦將該量測模型儲存於一記憶體中的程式碼。
  14. 如請求項13之度量衡系統，該等電腦可讀指令進一步包含：用於使該電腦從該使用者接收該第一組獨立參數值之一指示的程式碼；及用於使該電腦從該使用者接收該第二組獨立參數值之一指示的程式碼。
  15. 如請求項13之度量衡系統，該等電腦可讀指令進一步包含：用於使該電腦接收藉由一程序模擬工具產生之一輸出檔案的程式碼；及用於使該電腦從該輸出檔案來判定該第一組獨立參數值的程式碼。
  16. 如請求項13之度量衡系統，其中該量測模型係藉由一第三組獨 立參數值來完全定義，該第三組獨立參數值包括該第一組獨立參數值及該第二組獨立參數值的至少一部分。
  17. 如請求項11之度量衡系統，該等電腦可讀指令進一步包含：用於使該電腦隱藏該一或多個度量衡目標之一子結構之一部分使該部分不向該使用者顯示的程式碼。
  18. 一種度量衡系統，其包含：一照明源，其經組態以提供一照明光量至一或多個度量衡目標；一偵測器，其經組態以回應於該照明光量從該一或多個度量衡目標接收一經收集光量；及一或多個電腦系統，其經組態以：接收與該經偵測光相關聯之一量測資料量；及基於該量測模型至該量測資料量之一擬合判定該一或多個度量衡目標之一量測模型的一或多個參數，其中該量測模型包括該一或多個度量衡目標之一第一子結構之一第一可重複使用之參數模型，且其中該第一可重複使用之參數模型包括多個幾何結構元件且係藉由一第一組獨立參數值來完全定義。
  19. 如請求項18之度量衡系統，其中該量測模型亦包括該一或多個度量衡目標之一第二子結構之一第二可重複使用之參數模型，且其中該第二可重複使用之參數模型包括多個幾何結構元件且係藉由一第二組獨立參數值來完全定義。
  20. 如請求項19之度量衡系統，其中該第一子結構之該第一可重複使用之參數模型之複數個離散點係在該一或多個運算系統之一浮點精度內與該第二子結構之該第二可重複使用之參數模型之複數個離散化點對準。
TW104101371A 2014-01-15 2015-01-15 具有包括可重複使用之子結構的半導體裝置模型之度量衡系統 TWI638993B (zh)

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